一种单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置，包括稀释容器和切割头，所述稀释容器的入口通过管道连接有调速泵，所述稀释容器设有样品进口和稀释出口，所述切割头的入口通过管道连接稀释出口，所述切割头的出口通过稳流管连接有稳流泵，所述稳流管设有连接质谱仪的颗粒物出口。本实用新型的调速泵将干净的气体抽入稀释容器中对从样品进口通过稳流泵抽入的大气样品进行稀释，稀释后的气体经过切割头并由切割头保留待测颗粒从而进入SPAMS，保证符合SPAMS的量程需要，使得对大气污染物的监测准确可靠，其使用起来方便、快捷。本实用新型可应用于大气污染物监测。
【专利说明】
一种单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及气溶胶质谱仪，特别是涉及一种单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置。
【背景技术】
[0002]单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS,Single particle aerosol mass spectrometer)的基本原理为:气溶胶颗粒通过一进样管进入仪器，在三级差动真空条件下，不同颗粒由于粒径的不同导致不同的速度，然后颗粒在空气动力学透镜的作用下聚焦成为准直颗粒束，在离开空气动力学透镜时经气体超音速膨胀进入测径区，在测径区颗粒连续经过两束相距为6cm的532nm固体连续激光器发射的激光束，产生的散射光分别被椭球面镜反射聚焦到光电倍增管(PMT)上得以检测，通过时序电路(timing circuit)测量两个PMT信号的时间间隔，就可以计算颗粒的飞行速度，进而换算出颗粒的空气动力学直径，另外颗粒的速度还用来控制当颗粒到达电离区中心的时候电离激光出射激光将颗粒电离。颗粒进入电离区后，被266nm Nd:YAG紫外脉冲激光电离产生正负离子，然后离子被双极型飞行时间质量分析器检测。
[0003]SPAMS的监测速率为20个/秒，若大气中的颗粒浓度过高，超过SPAMS的量程，会导致数据时序紊乱，最终导致获取的浓度无法准确说明大气中颗粒物浓度的变化趋势，故气体进入仪器前需要进行一定倍数的稀释，而目前市面上并没有专门用于稀释的系统或装置。
实用新型内容
[0004]为了克服上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置，能够对采样气体的颗粒浓度进行稀释，从而符合单颗粒气溶胶质谱仪的监测要求。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是:
[0006]一种单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置，包括稀释容器和切割头，所述稀释容器的入口通过管道连接有调速泵，所述稀释容器设有样品进口和稀释出口，所述切割头的入口通过管道连接稀释出口，所述切割头的出口通过稳流管连接有稳流泵，所述稳流管设有连接质谱仪的颗粒物出口。
[0007]作为上述技术方案的进一步改进，所述稀释容器包括进样管和隔板，所述隔板将稀释容器分为上方的进气腔和下方的稀释腔，所述进气腔连接调速泵，所述进样管一端为样品进口，另一端伸入稀释腔内，所述隔板上设有连通进气腔和稀释腔的通孔。
[0008]作为上述技术方案的进一步改进，所述进样管穿过进气腔和隔板并从隔板中部伸入稀释腔中，所述通孔的出口方向斜朝向进样管的出口方向。
[0009]作为上述技术方案的进一步改进，连接所述调速泵和稀释容器的管道上设有第一质量流量计，用于实时监测和显示稀释气体的流量。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进，所述第一质量流量计与调速泵之间设有第一颗粒过滤器，防止调速泵被颗粒物污染。
[0011]作为上述技术方案的进一步改进，所述稳流管上设有第二质量流量计，用于实时监测和显示稳流泵的抽速。
[0012]作为上述技术方案的进一步改进，所述第二质量流量计与稳流泵之间设有第二颗粒过滤器，防止稳流泵被颗粒物污染。
[0013]作为上述技术方案的进一步改进，所述切割头为PM2.5切割头或PMltl切割头。
[0014]本实用新型的有益效果是:本实用新型的调速泵将干净的气体抽入稀释容器中对从样品进口通过稳流泵抽入的大气样品进行稀释，稀释后的气体经过切割头并由切割头保留待测颗粒从而进入SPAMS，保证符合SPAMS的量程需要，使得对大气污染物的监测准确可靠，其使用起来方便、快捷。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。
[0016]图1是本实用新型的结构示意图；
[0017]图2是图1中A部分的放大示意图。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示的单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置，包括气体稀释装置和颗粒物切割装置。
[0019]气体稀释装置用于产生干净的气体从而对样品气体稀释，包括调速泵I和稀释容器2，稀释容器2的入口通过管道连接调速泵1，稀释容器2设有样品进口和稀释出口。颗粒物切割装置包括切割头3和稳流泵4，切割头3的入口通过管道连接稀释出口，稳流泵4通过稳流管6连接切割头3的出口，稳流管6接有连接质谱仪的颗粒物出口 5。稳流泵4从样品进口抽入样品气体，调速泵I将干净的气体抽入稀释容器2中，对从样品进口进入的样品气体进行稀释，减低颗粒浓度，稀释后的样品气体流过切割头3。由于流过切割头3的气体必须在固定的流速下才能使切割头3生效，因此，在稀释工况下，稳流泵4的抽速与调速泵I的抽速之和需要等于切割头3的额定流速。质谱仪以抽真空的方式从颗粒物出口 5抽取稀释后的气体。
[0020]稀释容器2包括进样管7和隔板8，隔板8将稀释容器2分为上方的进气腔和下方的稀释腔9，进气腔连接调速泵1，进样管7为直管，一端为样品进口，另一端伸入稀释腔9内，隔板8上设有连通进气腔和稀释腔9的通孔10。在样品气体颗粒浓度较低时无需开启调速泵1，直接采用稳流泵4从进样管7抽取样品气体，此时稳流泵4的抽速与颗粒物出口 5的流速之和等于切割头3的额定流速；只有在样品气体颗粒浓度大于质谱仪的监测量程或使之处于略饱和状态时才同时开启调速泵I。
[0021]优选的，如图2所示，进样管7穿过进气腔和隔板8并从隔板8中部伸入稀释腔9中，通孔10的出口方向斜朝向进样管7的出口方向。如果样品气体颗粒物直接进入稀释腔9内，颗粒束大部分聚集在进样管7的轴线上，即使稀释气体从周围进入，也会使得两者混合不均匀，最终经由切割头3进入质谱仪检测到的气体浓度无法准确说明样品气体颗粒物的浓度变化。而通过设置了通孔10并将通孔10的出口方向斜朝向进样管7的出口方向，聚集在进样管7中轴线上颗粒束受到干净的稀释气体往中轴线的冲击，使得颗粒物与干净的稀释空气迅速混合，均匀度明显提升。
[0022]连接调速泵I和稀释容器2的管道上设有第一质量流量计11，用于实时监测和显示干净稀释气体流量，方便调整流速，稳流管6上设有第二质量流量计13，用于实时监测和显示稳流泵4的抽速，方便调整流速。
[0023]优选的，第一质量流量计11与调速泵I之间设有第一颗粒过滤器12，防止调速泵I被颗粒物污染。第二质量流量计13与稳流泵4之间设有第二颗粒过滤器14，防止稳流泵4被颗粒物污染。
[0024]在本实施例中，切割头3为PM2.5切割头或PMltl切割头。PM2.5切割头用来选择粒径小于2.5Mm的颗粒通过，PM10切割头用来选择粒径小于1Mm的颗粒通过,系统中切割头3为可拆卸结构，根据不同的需要选择不同的型号。
[0025]本实施例的稀释过程如下:
[0026]稳流泵4启动后，单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)触发频率在(TlO个/秒时，说明样品气体颗粒浓度始终无需稀释，由于SPAMS进样处的流速为100mL/min，若保证切割头3的流速为3L/min，需要稳流泵4的抽速为2.9L/min。若在监测过程中第二质量流量计13的读数发生改变，超过允许的误差范围，则调整稳流泵4抽速。
[0027]若SPAMS的触发频率不在(TlO个/秒之内，则表明样品气体颗粒浓度过高，需要对样品气体进行稀释，开启调速泵I并调整调速泵I和稳流泵4的抽速，具体举例如下:
[0028]若SPAMS触发频率在15?20个/秒之间时，需要稀释倍数为3倍，调整调速泵I的抽速为2L/min，稳流泵4的抽速为lL/min，即每分钟干净的稀释气体2L与样品气体IL混合；
[0029]若SPAMS触发频率在1(Γ15个/秒之间时，需要稀释倍数为2倍，调整调速泵I的抽速为1.5L/min，稳流泵4的抽速为1.5L/min,每分钟干净的稀释气体1.5L与样品气体1.5L混合。
[0030]以上所述只是本实用新型优选的实施方式，其并不构成对本实用新型保护范围的限制。
【权利要求】
1.一种单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置，其特征在于:包括稀释容器(2)和切割头(3)，所述稀释容器(2)的入口通过管道连接有调速泵(I)，所述稀释容器(2)设有样品进口和稀释出口，所述切割头(3)的入口通过管道连接稀释出口，所述切割头(3)的出口通过稳流管(6)连接有稳流泵(4)，所述稳流管(6)设有连接质谱仪的颗粒物出口(5)。
2.根据权利要求1所述的单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置，其特征在于:所述稀释容器⑵包括进样管(7)和隔板(8)，所述隔板⑶将稀释容器(2)分为上方的进气腔和下方的稀释腔(9)，所述进气腔连接调速泵(I)，所述进样管(7) —端为样品进口，另一端伸入稀释腔(9)内，所述隔板(8)上设有连通进气腔和稀释腔(9)的通孔(10)。
3.根据权利要求2所述的单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置，其特征在于:所述进样管(7)穿过进气腔和隔板(8)并从隔板(8)中部伸入稀释腔(9)中，所述通孔(10)的出口方向斜朝向进样管(X)的出口方向。
4.根据权利要求1所述的单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置，其特征在于:连接所述调速泵(I)和稀释容器(2)的管道上设有第一质量流量计(11)。
5.根据权利要求4所述的单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置，其特征在于:所述第一质量流量计(11)与调速泵(I)之间设有第一颗粒过滤器(12)。
6.根据权利要求1所述的单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置，其特征在于:所述稳流管(6)上设有第二质量流量计(13)。
7.根据权利要求6所述的单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置，其特征在于:所述第二质量流量计(13)与稳流泵(4)之间设有第二颗粒过滤器(14)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的单颗粒气溶胶质谱仪进样稀释装置，其特征在于:所述切割头⑶为PM2.5切割头或PMltl切割头。
【文档编号】G01N1/38GK204064769SQ201420268820
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】李磊, 谌章昊, 黄正旭, 高伟, 李梅, 粘慧青, 周振, 孙宁 申请人:上海大学, 广州禾信分析仪器有限公司, 昆山禾信质谱技术有限公司